Entender el universo a través de nuevos modelos

En la actualidad, es poco lo que se sabe acerca de qué está hecho y cómo funciona el universo, por lo que escudriñar el cosmos es sumergirse en lo desconocido.

De acuerdo con la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), tan sólo las cifras más recientes, calculadas a partir de la combinación de observaciones astronómicas con las teorías físicas actuales, indican que el universo se compone de 70 por ciento de energía oscura.

Además por un 25 por ciento de materia oscura y apenas un cinco por ciento de materia común y corriente, que es la que conforma todo lo que se conoce.

Explica que la energía oscura es un agente misterioso que tiene el efecto de acelerar la expansión del universo, en tanto que la materia oscura se manifiesta porque hace rotar las galaxias, pero no es posible detectarla directamente con los instrumentos actuales.

Refiere que desde hace varias décadas, numerosos científicos trabajan para dar respuesta a estos misterios, y entre las explicaciones que se han propuesto están que la materia oscura podría consistir en partículas exóticas que no interactúan con la materia normal o con la luz, pero que pueden ejercer un jalón gravitacional sobre los otros cuerpos celestes.

También podría ser explicada si se modificaran las teorías de la gravedad, agrega en un comunicado.

La energía oscura, en cambio, podría ser una especie de "quintaescencia" que llena el universo como un fluido, pero que sus efectos en la expansión de éste son opuestos a los de la materia y energía normal.

También se apela a una constante cosmológica en la que hay una fuerza repulsiva que contrarrestaría la gravedad, manteniendo al universo del colapso en sí mismo.

Luis Arturo Ureña López, ganador en el área de ciencias exactas del Premio de Investigación de la Academia Mexicana de Ciencias 2014, se ha enfocado desde hace años, en conjunto con varios colegas, a proponer modelos para explicar tanto la materia oscura como la energía oscura.

"Estos modelos hacen uso de componentes materiales que hasta el momento son especulativos y que se conocen como campos escalares, los cuales, en principio, tienen propiedades matemáticas y físicas muy bien definidas", señala el joven investigador.

Comenta que los campos escalares se han estado proponiendo a lo largo de las últimas décadas, pero los modelos que se han desarrollado tienen la capacidad para formar galaxias de cierto tamaño, con cierta masa en ellas y con ciertas características.

Así que explicar por qué los centros de las galaxias aparecen tan regulares y por qué hay galaxias que se formaron desde épocas tempranas del universo, e incluso pueden calcular cómo es que éste se acelerará, se puede computar y comparar con lo que digan las observaciones cosmológicas.

"Se nos ocurrió construir un modelo que con un solo campo escalar fuera capaz de incluir a la teoría inflacionaria, y tener al mismo tiempo la materia oscura que forma las galaxias y la energía oscura que acelera la expansión del universo", dice.

Ante ello, indica que se pusieron a trabajar para darle las características matemáticas precisas para que pudiera hacer esto, y resultó en un modelo sencillo que ha tenido un alto reconocimiento en la literatura especializada.

De esta manera, si un campo escalar cambiara lentamente en el tiempo, la teoría general de la relatividad predice que generaría una repulsión gravitacional. Pero si el campo oscilara suficientemente rápido, produciría una atracción gravitacional, justo como la materia ordinaria o la materia oscura.

Por otro lado, cuando las partículas se agregaran a escalas galácticas, podrían formar un condensado de Bose-Einstein, un conglomerado de muchas partículas en el que éstas tienen los mismos efectos cuánticos, comportándose como si fueran un gran átomo; el condensado tendría una masa y una densidad que encajaría con las de las galaxias reales.

"En su momento la gente no creía mucho en nuestros modelos, eran predicciones un poco sorpresivas para la mayoría de los investigadores, pero ha resultado que en el transcurso de los años otros grupos han encontrado las mismas predicciones y han corroborado nuestros resultados", aclara.

Por lo menos, añade, teóricamente ha quedado muy establecido y ahora en lo que hemos seguido trabajando es en encontrar la correspondencia de esas predicciones con las galaxias reales.

"No obstante, como sucede siempre en la ciencia, ese modelo lo propusimos hace algunos años, y las observaciones cosmológicas han avanzado lo suficiente y nos están diciendo que ese modelo tan sencillo podría necesitar algunos elementos extras. Por ahora estamos pensando en hacer modificaciones a la propuesta original", reconoce.

Ureña, miembro de la AMC, y sus colegas, están pensando que quizá no sólo es un campo escalar el que está en juego, sino que son varios, de tal forma que van ocupando las distintas épocas del universo apareciendo y desapareciendo. Este juego colectivo daría lugar a los fenómenos de inflación, materia oscura y energía oscura, concluye.